L'expression merveilleux scientifique est apparue au XIXe siècle, elle désignait les œuvres romanesques liées au domaine scientifique. Dès 1875, le journaliste Louis Énault qualifie ainsi l'intrigue de La Perle noire, œuvre de Victorien Sardou, tandis que dans son étude Les romanciers aujourd'hui (1890), le critique littéraire Charles Le Goffic associe le vocable aux romans scientifiques de Jules Verne.
L'expression est popularisée par le physiologiste Joseph-Pierre Durand de Gros avec son ouvrage Le Merveilleux scientifique (1894).
La comparaison entre Jules Verne et H. G. Wells est omniprésente sous la plume des critiques qui analysent les rapports entre imaginaire et science. Ainsi, lorsque Maurice Renard publie son article fondateur, l'intérêt des critiques pour ce nouveau genre romanesque est déjà éveillé depuis quelques années. Maurice Renard se veut le théoricien de ce genre littéraire et entend définir les règles d’un modèle qui doit beaucoup à Edgar Allan Poe (La Vérité sur le cas de M. Valdemar, nouvelle publiée en 1845), à Villiers de l’Isle Adam (L’Ève future, 1886) ou Stevenson (L’Étrange Cas du docteur Jekyll et de M. Hyde, 1886).
Le merveilleux scientifique se caractérise par la place que tiennent science et technique dans la narration, les intrigues sont appuyées sur des expérimentations irréalisables (greffe d’une tête ou de mains, xénogreffes entre animal et humain, entre végétal et animal, voyage dans la quatrième dimension, traversée la matière), mais présentées sous l’aspect d’une rationalité irréprochable. Le merveilleux scientifique témoigne de l’imaginaire stimulé par une électricité balbutiante, porté par ces nouveaux médias que furent le téléphone, la TSF ou le cinéma, encouragé par les débuts de l’aviation et de l’automobile et par les découvertes scientifiques dont la presse se fait alors l’écho : rayons X, radium, polonium.
Contrairement au roman d’anticipation, ces inventions réelles ou fictives n’ont pas pour finalité immédiate une projection dans le futur. Poussée dans ses retranchements, exacerbée ou détournée, la science dérive : elle conduit les protagonistes sur des voies inattendues. De nos jours encore, la part des réseaux sociaux, l'émergence de l'intelligence artificielle ou les effets du changement climatique inspirent bien des auteurs, tant de nouvelles que de romans, séries, sagas sans fin ; le filon est inépuisable. Les procédés narratifs s’inscrivent dans la continuité de ce que pourrait être un conte de fées. À la baguette magique succède le rayon X ou l’onde hertzienne. Le paranormal se substitue à la rationalité.
Si les noms de Maurice Leblanc, Gaston Leroux Gustave Le Rouge ont encore un certain écho ; d’autres auteurs ont eu leur heure de gloire dans ce genre, comme Guy de Taramond, André Couvreur ou Arnould Galopin – auteur normand, dont La Piterne a publié Le Bacille en ouvrage numérique.
Fleur Hopkins-Loféron a produit un ouvrage détaillant ce genre plus ou moins oublié : Voir l’invisible. Histoire visuelle du mouvement merveilleux-scientifique (1909-1930).